Пропустить команды ленты
Пропустить до основного контента

Год выпуска

2 012

Том

67

Номер выпуска

5

Название статьи

ИОННЫЕ ЖИДКОСТИ

Страница главного редактора

Речь, как известно, идет, строго говоря, о солях, являющихся жидкостями при комнатной температуре. В последнее время верхнюю границу "допустимого" жидкого состояния соли стали сдвигать вплоть до 100°С, но все-таки "настоящие" ионные жидкости — это room-temperature ionic liquids.

Такие соли известны, в принципе, довольно давно. Интересно, что, по-видимому, первое сообщение о жидкой при комнатной температуре соли, нитрате этиламмония, было опубликовано в 1914 г. российским химиком, академиком П.И. Вальденом в Известиях Императорской академии наук. Однако число подобных соединений было до поры до времени очень небольшим и на них смотрели просто как на некую экзотику, особенности этих веществ широко не использовали. Положение изменилось приблизительно с середины 1990-х годов, когда были синтезированы соли с крупными органическими катионами и анионами типа PF6-, BF4- и др. Число публикаций по ионным жидкостям стало быстро расти.
Вследствие своей ионной природы ионные жидкости обладают уникальным набором свойств — пренебрежимо малым давлением паров, электропроводностью, термической устойчивостью. Нелетучесть весьма важна с точки зрения экологической чистоты: она если не исключает, то на порядки снижает, по сравнению с обычными органическими растворителями, возможность загрязнения воздуха. Эти соединения, как правило, не воспламеняются и малотоксичны.
Ионные жидкости представляют значительный интерес и для аналитической химии. Благодаря электропроводности и широкому "электро-химическому окну" они весьма перспективны для различных электрохимических методов анализа. Например, их использование как рабочей среды в вольтамперометрии исключает необходимость в фоновых электролитах. Известно немало примеров применения ионных жидкостей при разработке ионселективных электродов. Здесь важны два обстоятельства: 1) ионные жидкости — ионообменники и 2) многие из них обладают способностью пластифицировать полимеры. Это открывает путь к получению ионселективных электродов с пластифицированными полимерными мембранами.
Другая область, важная для химического анализа — жидкость-жидкостная экстракция, где ионные жидкости играют роль одной из фаз. Ионные жидкости здесь особенно привлекательны благодаря структурному разнообразию, возможности широкого варьирования (в идеале — направленного регулирования) свойств путем замены катиона или. аниона соли. Рассмотрим, например, как влияет замена аниона на отношение, ионных жидкостей к воде, столь важное для экстракции.
Обычно ионные жидкости с анионом АICI4- легко гидролизуются; с BF4- — устойчивы к гидролизу, но смешиваются с водой; с PF6- — гидрофобны; с анионом бис(трифлил)имида TF2N- — весьма гидрофобны. В широких пределах можно варьировать и другие физические и химические свойства ионных жидкостей—растворителей, например их способность к сольватации органических соединений или ионов металлов, "полярность", вязкостьи т.п.
Показано, что гексафторфосфатные и бис(трифлил)имидные ионные жидкости способны извлекать из водных растворов органические соединения (фенолы, амины и др.), как правило, в молекулярной форме. В присутствии подходящих комплексообразующих реагентов можно экстрагировать ионы металлов (например, щелочных и щелочноземельных в присутствии краун-эфиров). Интересно, что некоторые заряженные соединения извлекаются ионными жидкостями по ионообменному механизму (катион извлекаемого соединения переходит в фазу ионной жидкости, катион самой ионной жидкости "уходит" в воду). Так экстрагируются в ряде случаев протежированные, аминокислоты и катехоламины, некоторые катионные комплексы металлов. При этом ионообменная экстракция обычно отличается очень высокой эффективностью.
Весьма любопытны, "активные" ионные жидкости, содержащие комплексообразующие группы в катионной или анионной части. Они способны эффективно экстрагировать ионы металлов, выступая одновременно в роли разбавителя и реагента (причем реагент присутствует в очень высокой концентрации, равной концентрации разбавителя!). Простой пример — салицилатная соль триоктилметиламмония, хорошо экстрагирующая железо(III).
Свойства ионных жидкостей позволяют реализовать нестандартные комбинации концентрирования и последующего определения, например гибридный экстракционно-вольтамперометрический анализ: экстракцию определяемого соединения из воды в ионную жидкость с вольтамперометрическим определением непосредственно в экстракте. Более современный вариант такого подхода — использование в вольтамерометрии электродов, модифицированных ионными жидкостями; здесь слой жидкости служит для накопления (экстракции) определяемых соединений (например, катехоламинов).

 

Число примеров применения ионных жидкостей в аналитической химии постоянно увеличивается. Следует особо отметить использование ионных жидкостей в газовой хроматографии (в стационарных фазах). Здесь особенно важна нелетучесть, термическая стабильность и широкий жидкостной диапазон ионных жидкостей; капиллярные колонки на основе ионных жидкостей выпускает, например, фирма Supelco.
В качестве интересного нестандартного применения ионных жидкостей упомянем изготовление целлюлозных тест-материалов для детектирования ионов металлов в водных растворах. Некоторые безводные ионные жидкости (в частности, хлорид 1-бутил-З-метилимидазолия) при нагревании растворяют целлюлозу в больших количествах; целлюлозу легко снова перевести в твердую форму добавлением воды. Поскольку ионные жидкости растворяют и многие аналитические реагенты, можно получать модифицированные материалы совместным осаждением целлюлозы и реагента из раствора. Полученные таким путем тест-формы отличаются высокой емкостью и устойчивостью.

 Примеры использования ионных жидкостей в аналитической химии можно умножить (капиллярный электрофорез, парофазный анализ, масс-спектрометрия, выщелачивание из почв и других твердых образцов). Вероятно, с увеличением доступности соединений этого класса все больше аналитиков будут активно использовать их, развивая неожиданные — и нереализуемые в случае обычных, молекулярных растворителей — подходы.

В подготовке этой заметки принял участие доктор химических наук И.В. Плетнев, которому я выражаю благодарность.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
1.  Walden Р. Известия Императорской Академии Наук. 1914. С. 405 (электронная версия: http://mi.mathnet.ru/rus/izv/v8/i6/p405).
2. Rogers R.B. Chem. Eng. News. 2010. November 29. P. 38

 

DOI

 

Вложения

Создан в 26.02.2013 14:08 пользователем: Аленина М.В.
Изменен в 26.02.2013 14:10 пользователем: Аленина М.В.